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萘系高效减水剂与聚羧酸系减水剂的性能比较

萘系高效减水剂与聚羧酸系减水剂的性能比较一、混凝土减水剂概述及作用机

理

减水剂是一种重要的混凝土外加剂，能够最大限度地降低混凝土水灰比，提高

混凝土的强度和耐久性。减水剂分为普通减水剂和高效减水剂，减水率大于5%小于 10%的减水剂称为普通减水剂，如松香酸钠、木质素磺酸钠和硬脂酸皂等 ; 减水率大于 10%的减水剂称为高效减水剂，如三聚氰胺系、萘系、氨基磺酸系、改性木质素磺酸系和聚羧酸系等。在众多高效减水剂中，具有梳形分子结构的聚羧酸系高效减水剂因其减水率高、坍落度保持性能良好、掺量低、不引起明显缓凝等优异性能，成为近年来国内外研究和开发的重点。

减水作用是表面活性剂对水泥水化过程所起的一种重要作用。减水剂是在不影

响混凝土工作性的条件下，能使单位用水量减少 ; 或在不改变单位用水量的条件

下，可改善混凝土的工作性 ; 或同时具有以上两种效果，又不显著改变含气量的外

加剂。目前，所使用的混凝土减水剂都是表面活性剂，属于阴离子表面活性剂。

水泥与水搅拌后，产生水化反应，出现一些絮凝状结构，它包裹着很多拌和水，从而降低了新拌混凝土的和易性 ( 又称工作性，主要是指新鲜混凝土在施工中，即

在搅拌、运输、浇灌等过程中能保持均匀、密实而不发生分层离析现象的性

能 ) 。施工中为了保持所需的和易性，就必须相应增加拌和水量，由于水量的增加

会使水泥石结构中形成过多的孔隙，从而严重影响硬化混凝土的物理力学性能，若

能将这些包裹的水分释放出来，混凝土的用水量就可大大减少。在制备混

凝土的过程中，掺入适量减水剂，就能很好地起到这样的作用。混凝土中掺入减水剂后，减水剂的憎水基团定向吸附于水泥颗粒表面，而亲水基团指向水溶

液，构成单分子或多分子层吸附膜。由于表面活性剂的定向吸附，使水泥胶粒表面

带有相同符号的电荷，于是在同性相斥的作用下，不但能使水泥, 水体系处于相对稳定的悬浮状态，而且，能使水泥在加水初期所形成的絮凝状结构分散解体，从而

将絮凝结构内的水释放出来，达到减水的目的。减水剂加入后，不仅可以使新拌混

凝土的和易性改善，而且由于混凝土中水灰比有较大幅度的下降，使水泥石内部孔

隙体积明显减少，水泥石更为致密，混凝土的抗压强度显著提高。减水剂的加入，

还对水泥的水化速度、凝结时间都有影响。这些性质在实用中都是很重要的。但是，减水剂在有效地破坏水泥浆体的絮凝结构释放出内部的自由水的同时也削弱了水泥

颗粒与水之间的作用。从这个角度来说，它总是会不同程度地加剧拌合物的泌水和

沉降离析现象，这是现今混凝土浇注后常在表面出现花斑，严重时则形成蜂窝麻面、网状或沿着箍筋的塑性收缩裂缝等瑕疵的重要原因。

二、萘系高效减水剂

萘系高效减水剂是经化工合成的非引气型高效减水剂，化学名称萘磺酸盐甲醛

缩合物。具有非引气、超塑化、高效减水和增强等功能。特点 : 低碱、低硫酸钠、对水泥适应性强，特别适合于有高效减水和增强要求的流态混凝土、蒸养混凝土，也可用作复合混凝土外加剂的母体材料。萘系高效减水剂是各类复配外加剂的主要原料，如 : 泵送

剂，缓凝高效减水剂，早强高效减水剂等。可用于日最低气温 0?以上施工的混凝土，并适用于制备大流动性混凝土，高强混凝土以及蒸养混凝土。掺萘系高效减

水剂的混凝土采用蒸汽养护时，必须在混凝土具有必要的结构强度后才能升温，蒸

养制度应通过试验确定。

萘系高效减水剂主要性能特点如下:

1、高效减水。其减水率达25%以上。超塑化，能有效增大混凝土的流动性，减少泌水和离析，从而改善混凝土的和易性，便于施工、易于密实。

2、增强效果好。在胶凝材料用量相同的条件下，掺高效减水剂的混凝土1d、

3d、7d 和 28d 抗压强度较同期基准混凝土可提高50,110%、40,90%、 40,70%和

20,40%。

3、适应性强，适应于各种规格、型号的水泥。产品与其它外加剂相容性好，

与膨胀剂、引气剂等外加剂及粉煤灰等活性掺合料相配合，功能相互补充、相互激

发。

4、凝结时间适宜。产品对水泥的初、终凝时间影响很小，其凝结时间差一般

在 1h 之内。

5、产品硫酸钠含量低，配成液体在冬季无结晶，解决了在冬季混凝土制造中

因硫酸钠结晶而造成管道堵塞的难题，为冬季混凝土施工提供了便利; 与缓凝组分

复合后，混凝土坍落度经时损失小。

6、产品安全性能好。无毒、无刺激性和放射性，不含对钢筋有锈蚀危害的物

质 ; 不易燃易爆，属非危险品。

7、耐久性好。产品能有效改善混凝土的孔结构，从而大幅度提

高混凝土的抗渗、抗碳化和抗冻融等耐久性能指标。

8、使用方便。产品既可以直接使用，亦可以先溶解于水，配成溶液型外加剂

使用，适用各种施工环境或搅拌机型的要求。

9、萘系减水剂拌合物坍落度损失较快。

三、聚羧酸系高效减水剂

聚羧酸系减水剂的主要作用机理:具有梳型结构的聚羧酸系减水剂掺入新拌混凝土后，减水剂所带的极性阴离子活性基团如—SO 3-、— COO等-通过离子键、共价键、氢键及范德华力等相互作用紧紧地吸附在强极性的水泥颗粒表面，从而使水

泥颗粒带电，根据同性电荷相斥原理，阻止了相邻水泥颗粒的相互接近，增大了水

泥与水的接触面积，使水泥充分水化，并且在水泥颗粒扩散的过程中，释放出凝聚

体所包含的游离水，改善了和易性，减少了拌水量。同时结构中具有亲水性的聚醚侧链，伸展于水溶液中，从而在所吸附的水泥颗粒表面形成有一定厚度的亲水性立体吸

附层。当水泥颗粒靠近时，吸附层开始重叠，即在水泥颗粒间产生空间位阻作用，重

叠越多，空间位阻斥力越大，对水泥颗粒间凝聚作用的阻碍也越大，使得混凝土的坍

落度保持良好。因此，对水泥颗粒产生静电作用力和空间位阻斥力的聚羧酸系高效减

水剂，在用量较小的情况下，便对水泥颗粒有显著的分散作用，同时聚合物的亲水聚

醚侧链在水泥矿物水化产物中仍可以伸展开，这样聚羧酸类减水剂受到水泥的水化反

应影响小，可长时间地保持分散效果，使坍落度损失减小。

与其它高效减水剂相比，聚羧酸类减水剂更重要的特点是它可以

往主链上添加具备不同作用的基团，因此集不同功能于一种产品。例如除大幅

度减小用水量外 , 还可以引气、调凝等 ; 也可以根据不同用途需要添加基团，例如用

于预拌混凝土时，就强化保持工作度性能良好的基团 , 以满足长距离运输、长时间待用的需要 ; 用于预制混凝土时，则增加可以使拌合物发挥高早期强度的基团，以满足不用蒸汽养护也无需延长生产周期的需要等。

但是 , 随着聚羧酸类减水剂在大型混凝土工程中的推广应用 , 也逐渐暴露出一些问题 , 例如有时混凝土拌合物显现过于粘稠、粘底 , 以及浇注后泌水、分层现象严

重，拆模后表面呈现麻面、砂线、气孔多，硬化后上表面呈现厚砂浆层等 , 尤其是水下灌注混凝土、掺粉煤灰混凝土等。究其原因，可能与使用者对聚羧酸类减水剂的特性 , 以及它与水泥、矿物掺和料的相容性特点不熟悉有密切关系。

由于聚羧酸系高性能减水剂掺量小、减水率高，使用聚羧酸系高性能减水剂配

制C45以上的各类高性能混凝土，可以大幅度降低工程成本，具有显著的技术经

济效益 ; 用于配制 C45以下等级混凝土，虽然聚羧酸系高性能减水剂的成本偏高，

但可以通过增加矿物掺合料用量，降低混凝土的综合成本，同样具有一定的技术经

济效益。

( 一) 、主要性能特点

1、掺量低、减水率高 : 减水率可高达 45%，可用于配制高强以及高性能混凝土。

2、坍落度经时损失小 : 预拌混凝土 2h 坍落度损失小于 15%，对于商品混凝土的长距离运输及泵送施工极为有利。

3、混凝土和易性和稳定性好但流动性稍差: 用聚羧酸系高性能减水剂配制的混

凝土即使在高坍落度情况下，也不会有明显的离析、泌水现象，混凝土外观颜色均一。用于配制高标号混凝土时，混凝土和易性好、粘聚性好，混凝土易于搅拌。

4、混凝土收缩小 : 可明显降低混凝土收缩，显著提高混凝土体积稳定性及耐久

性。

5、碱含量极低 : 碱含量 ?0.2%。

6、产品稳定性好 : 低温时无沉淀析出。

7、唯一的缺点可能就是与其他水泥和胶凝材料的适应性问题，可以这么说，

聚羧酸类减水剂是所有减水剂系类中与水泥适应性最差的外加剂之一，虽然聚羧酸

系减水剂与大多数水泥有良好的适应性，但对个别水泥有可能出现减水率偏低，坍

落度损失偏大的现象。另外，水泥的细度和储存时间也可能会影响聚羧酸系减水剂

的使用效果。所以在使用之前都要对水泥以及其他胶凝材料做适应性实验来确定其

性能好坏，这是很值得注意的地方～

8、某些聚羧酸系减水剂不可与萘系减水剂混合使用，使用聚羧酸系高性能减

水剂时必须将使用过萘系高效减水剂的搅拌机和搅拌车冲洗干净否则可能会失去减

水效果。

9、聚羧酸减水剂的掺量使用前应进行混凝土试配试验，以求最佳掺量。

10、由于掺用聚羧酸系减水剂混凝土的减水率较大，因此坍落度对用水量的敏

感性较高，使用时必须严格控制用水量。一般而言，减

水剂减水率越高，则在其有效掺量区间内拌和物流动度对掺量越敏感，因此羧

酸减水剂比萘系减水剂敏感的多。

11、掺用聚羧酸系高性能减水剂后，混凝土含气量有所增加( 一般为 2%,5%)有利于改善混凝土的和易性和耐久性，不宜直接蒸养混凝土中使用。

( 二) 、聚羧酸系减水剂的若干应用注意事项

1、混凝土表面出现浮灰的原因

国内相关的标准和应用规程中 , 根据没有减水剂存在的条件下砂浆流动度试验将

粉煤灰进行分级，长期以来使人们形成了一个思维定势 : 即粉煤灰的级别与应用效果密切相关。事实上，由于聚羧酸系减水剂具有不同于萘系减水剂的特性，使掺有级别高的 ?级粉煤灰和这类减水剂的拌合物，尤其是当粉煤灰掺量较小、水胶比较大的拌合物更易于出现泌水、离析分层的现象。这是因为 ?级灰的玻璃体含量通常较高，在减水剂存在的情况下，它与水的吸附作用进一步减弱，在配制水胶比较大、强度等级较低的混凝土拌合物时就可能更易于出现离析，出现粉煤灰上浮，当表层水分蒸发后就出现粉化现象。这种现象在建筑物的楼板混凝土浇注过程尤为突出，因其暴露面积大，且强度等级较低，容易观测到 ; 而对于浇注高度大但暴露面小的构件 : 例如柱、墩等，分层离析的问题应该会更加严重，只是不那么显眼而已。

为了减小或避免这种现象，建议在工程中选用等级较低，即烧失量、需水量较

大的粉煤灰来配制泵送混凝土或其他流动性要求高的混凝土。

2、应预先稀释与充分搅拌

与萘系减水剂的分子量较低，且易于喷雾成粉剂不同，聚羧酸系减水剂的分子

量大，因此表观粘度较大，且其掺量较小，因此应在加入搅拌机前，将其预先稀释5,8倍以便于计量，并在短时间拌合，这样可以充分发挥其分散作用。掺有聚羧酸

系减水剂和矿物掺和料且水灰比( 水胶比 )较低的拌合物必须搅拌均匀，才能得到

满足需要的工作度。 , 当搅拌设备的拌合作用不足，不能使各组分均匀分散和接

触，就会使拌合物外观十分干稠，拌不开，

3( 聚羧酸系减水剂与萘系减水剂的相容性

聚羧酸系减水剂能否与萘系减水剂复合使用，取决它的组分原材料和生产工

艺。也就是说，有的聚羧酸系减水剂可以随意与萘系减水剂复合，而有的聚羧酸系

减水剂不仅不能与萘系减水剂复合使用，甚至当装运过掺有聚羧酸系减水剂拌合物

的罐车没有清洗干净就再装运掺萘系减水剂的拌合物时，就会出现明显的坍落度损失，以至卸车困难的问题。

四、聚羧酸系减水剂与萘系减水剂的优缺点比较

( 一) 、萘系减水剂拌合物坍落度损失较聚羧酸系减水剂快。

( 二) 、掺聚羧酸减水剂的混凝土和易性较好，在较高的掺量或较高用水量时也

不会发生明显的离析、泌水，混凝土在模板中的沉降也较小，也就是说从稳定性指

标来说，聚羧酸减水剂要明显好于萘系减水剂。但从流动性指标来说，则弱于萘系

减水剂。

( 三) 、萘系减水剂的适应性较聚羧酸系减水剂强。

某一具体的聚羧酸系产品的“适应面”不及萘系产品。萘系产品是由相同原材

料在相同工艺条件下合成的结构性能相同的产品，聚羧酸减水剂是由不同种原材料

在不同工艺条件下合成的具有相类似分子结构的一类产品。萘系产品的不同主要体

现在原材料的品质和工艺条件的稳定性上，而聚羧酸产品的不同基于化学分子结构

的不同。具体到应用上，萘系产品对不同情况的适应性更多表现在最佳掺量在一定

范围内的波动或坍落度损失值的相对大小。对于某一具体聚羧酸产品，情况截然不

同 : 如果该产品能适应混凝土材料，混凝土状态会很好，坍损也小 ; 若不能适应混凝土材料，则结果就不是程度的不同了，而可能是完全失效，这时必须换用另一种类

型的产品才能解决。事实上这样的情况经常发生，特别是用北方原材料，可能原因

是水泥矿物、微量元素或助磨剂等。也就是说从“适应面”上说，某一特定的聚羧

酸产品的适应性不及萘系产品。

( 四) 、减水剂的掺量与减水率特性关系

有的类型高效减水剂具有明显的饱和点，即当掺量较小, 低于饱和点时 , 减水率较小 ; 而当掺量达到饱和点以后, 减水率不再增大，且拌合物会出现泌水现象。聚羧

酸系减水剂正属于这一类型减水剂，而萘系减水剂饱和点不明显，减水率随掺量增

加逐渐增大，没有明显的拐点，且流动性随时间减小明显( 用 5min 和 60min 时检测流下时间的差异表示 ) , 即工作度损失较大。应用聚羧酸系减水剂时，需要注意

避开敏感区，即接近饱和点的掺量，或者说是减水率最大的掺量。从室内试验的结

果看，往往这时拌合物的水胶比最小，因此强度发展速率也

最快，但是这样做不仅不经济，而且对于掺聚羧酸系减水剂的拌合物来说，稳

定性就会不良，即由于现场各种因素的波动，容易出现要么减水率偏低、流动性不

满足要求，要么拌合物出现泌水、离析严重的现象。

( 五) 、聚羧酸系减水剂的拌合物含气量通常较萘系的大，气泡孔径也较大。

五、萘系减水剂与聚羧酸系减水剂的共性

( 一) 减水剂的适应性与其掺量直接相关

萘系减水剂掺量较高的高标号混凝土流动性较好，坍落度损失较小; 但中低标号混凝土往往流动性差，坍落度损失也较大，当减水剂掺量达到一定用量后，才能

保持较好的流动性。而适当增加掺量是改善工作性的最有效措施。但过量掺入会

造成混凝土严重泌水，和易性较差，混凝土中水泥浆大量流失，导致混凝土密实度

不足二影响强度和耐久性。聚羧酸外加剂同样如此。

( 二)与萘系减水剂适应性差的水泥一般与聚羧酸减水剂适应性也较差。

一般说来，碱含量高、铝酸盐含量高或细度高的水泥需水量大。萘系减水剂的

掺量较高，坍落度损失较大，同样，用聚羧酸减水剂也有相同的规律。某些掺加萘

系减水剂有滞后泌水现象的水泥，改用聚羧酸减水剂同样会泌水，但程度稍轻。若

水泥由于石膏原因存在非正常坍落度损失(混凝土在出机几分钟后即失去流动

性 ) ，用聚羧酸减水剂也不会有改观，只能同时补充硫酸根离子才能从根本上解

决，

这跟萘系减水剂是一致的。

( 三) 、减水剂与水泥及矿物掺和料的相容性

试验表明 : 含碱量较低的水泥以及掺有粉煤灰、磨细矿渣时的拌合物与高效

减水剂的相容性明显改善。

但是，净浆试验与混凝土试验结果有时缺乏可比性。也就是说: 净浆试验结果

不错，可是混凝土试验却表明它们之间的相容性并不好，或者反之。,2005 年 10月下旬至年底新中央电视台主楼底板平面尺寸约为300m ×200m，最大厚度超过10m，最大一次混凝土连续

3 浇注达到 37 000m。为了减小这一典型大体积混凝土的温度应力，采用了大

掺量粉煤灰混凝土 ( 粉煤灰掺量约为50 %) ，施工坍落度维持在200mm以上。

施工中前后分别使用了聚羧酸系和萘系两类高效减水剂，使用结果表明两者在

减水率、拌合物工作度及其损失率方面都没有显示出明显差异。这证明: 在大掺量矿物掺合料混凝土中聚羧酸系减水剂, 的减水与保坍方面的优势就可能显示不出来。当然，这里所说的矿物掺和料只涉及粉煤灰与磨细矿渣，至于其他种类的矿物

掺和料并不在此例。

另一方面，上述工程实例也证明，大掺量粉煤灰混凝土拌合物由于可使用水量

显著减小 ( 从通常的 180kg/m3 减小到大约 155 kg/m3 )，因此拌合物浇注时的稳定性得到明显地改， , 因此整个浇注过程并未出现, 在粉煤灰掺量较小的混凝土中经常出现的泌水或粉煤灰上浮，硬化后混凝土表面出现一层浮灰的现象。